計(jì)算機(jī)維護(hù)與維修教程第五章.ppt

第5章內(nèi)存 本章介紹了微機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部存儲(chǔ)器 包括各種ROM和RAM芯片的特點(diǎn)和功能等 5 1系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)器5 2ROM存儲(chǔ)器5 3RAM存儲(chǔ)器5 4內(nèi)存條和高速緩存 退出 5 1系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)器 5 1 1內(nèi)部存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱為內(nèi)存 它是系統(tǒng)的主存 負(fù)責(zé)存儲(chǔ)當(dāng)前運(yùn)行的程序指令和數(shù)據(jù) 并通過(guò)高速的系統(tǒng)總線 直接供CPU進(jìn)行處理 因此必須是由高速集成電路存儲(chǔ)器組成 CPU 外圍芯片組 內(nèi)存和總線接口這些最基本的部分組成計(jì)算機(jī)的主機(jī) 而內(nèi)存的容量 速度和可靠性等指標(biāo)都直接關(guān)系到系統(tǒng)的性能 在微機(jī)開(kāi)始工作時(shí) 首先從外存將指定的文件 程序指令和數(shù)據(jù) 裝入內(nèi)存 然后CPU非常頻繁地直接訪問(wèn)內(nèi)存 執(zhí)行程序指令 進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算和系統(tǒng)控制等操作 完成特定的任務(wù) 并將最終的結(jié)果以文件的形式再保存到外存上 硬盤(pán)的速度較慢 且其速度對(duì)系統(tǒng)的影響遠(yuǎn)不如內(nèi)存大 內(nèi)存由主板和內(nèi)存條上安裝的多種存儲(chǔ)器集成電路組成 如只讀存儲(chǔ)器 ROM 和隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器 RAM 主機(jī)配備的內(nèi)存存儲(chǔ)容量的大小應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的需要而定 如果要求運(yùn)行復(fù)雜的操作系統(tǒng)和同時(shí)運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序 所需內(nèi)存就要更大些 表5 1列出了幾種常用軟件的內(nèi)存需求 表5 1常用軟件對(duì)內(nèi)存的要求 5 1 2內(nèi)存的技術(shù)指標(biāo)內(nèi)存的主要指標(biāo)如下 1 內(nèi)存容量?jī)?nèi)存容量是指內(nèi)存的存儲(chǔ)單元的數(shù)量 單位是字節(jié) Byte 千字節(jié) KB 和兆字節(jié) MB 1MB 210KB 1024KB 220Byte 1024 1024Byte 目前系統(tǒng)內(nèi)存通常為32MB 64MB 128MB或256MB 顯示內(nèi)存通常為4MB 8MB 16MB或32MB 2 內(nèi)存速度內(nèi)存速度包括內(nèi)存芯片的存取速度和內(nèi)存總線的速度 內(nèi)存存取速度即讀 寫(xiě)內(nèi)存單元數(shù)據(jù)的時(shí)間 單位是毫微秒 nS 1秒 Sec 106微秒 S 109毫微秒 nS 常用內(nèi)存芯片的速度為幾十nS到幾個(gè)nS 顯然數(shù)值越小速度越快 內(nèi)存總線的速度是指CPU到內(nèi)存之間的總線速度 由總線工作時(shí)鐘決定 如33MHz 66MHz 100MHz和133MHz等 顯然數(shù)值越大速度約快 所謂PC 100和PC 133的SDRAM內(nèi)存條 就是指分別滿足100MHz和133MHz總線的內(nèi)存 由于頻率和周期互為倒數(shù) 10nS和7 5nS的內(nèi)存應(yīng)分別對(duì)應(yīng)于100MHz和133MHz總線時(shí)鐘 3 內(nèi)存芯片的種類(lèi)內(nèi)存芯片分為只讀存儲(chǔ)器 ROM 和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM 兩大類(lèi) ROM又分為PROM EPROM和EEPROM等 RAM又分為DRAM SRAM CMOSRAM和VRAM等 而DRAM等還有各種不同的類(lèi)型 4 奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn) ParityCheck 是系統(tǒng)檢查數(shù)據(jù)存取和傳輸錯(cuò)誤的一種最簡(jiǎn)單的技術(shù) 以奇校驗(yàn)為例 它采用附加的1bit校驗(yàn)位來(lái)對(duì)8bit數(shù)據(jù)進(jìn)行查錯(cuò) 規(guī)定正確的數(shù)據(jù)中所含 1 的個(gè)數(shù)必須為奇數(shù)個(gè) 5 ECCECC ErrorCheckandCorrect 即錯(cuò)誤檢測(cè)與糾正 它是一種內(nèi)存數(shù)據(jù)檢驗(yàn)和糾錯(cuò)技術(shù) ECC是對(duì)8bit數(shù)據(jù)用4bit來(lái)進(jìn)行校驗(yàn)和糾錯(cuò) 帶ECC的內(nèi)存穩(wěn)定可靠 一般用于服務(wù)器 5 2ROM存儲(chǔ)器 5 2 1系統(tǒng)ROMBIOSROM ReadOnlyMemory 即只讀存儲(chǔ)器IC 它的特點(diǎn)是只能讀不能寫(xiě) 即它存儲(chǔ)的內(nèi)容不會(huì)被改寫(xiě) 并且關(guān)機(jī)后也不會(huì)丟失 因此ROM被用來(lái)存放開(kāi)機(jī)就要首先執(zhí)行的BIOS程序 BIOS BasicInputOutputSystem 即基本輸入輸出系統(tǒng) 它是微機(jī)系統(tǒng)的最基礎(chǔ)程序 它 固化 在主板上的ROM芯片中 加電開(kāi)機(jī)后首先執(zhí)行BIOS 并引導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài) 所謂 固化 是說(shuō)BIOS程序是以物理的方式保存在ROM芯片中的 即使關(guān)機(jī)也不會(huì)丟失 所以也叫做ROMBIOS BIOS程序中包括系統(tǒng)的啟動(dòng)引導(dǎo)代碼 系統(tǒng)加電自檢程序POST PowerOnSelfTest 系統(tǒng)硬件配置程序 BIOSSetup或CMOSSetup 基本硬件驅(qū)動(dòng)程序 如鍵盤(pán) 低分辨率顯示 軟盤(pán) 硬盤(pán) 通信接口等 以及BIOS的輸入輸出管理程序等 在微機(jī)加電之前 CPU的指令地址指向ROMBIOS的系統(tǒng)啟動(dòng)引導(dǎo)代碼 加電后 CPU便首先自動(dòng)執(zhí)行引導(dǎo)代碼 并開(kāi)始運(yùn)行BIOS程序 使BIOS獲得系統(tǒng)控制權(quán) BIOS的POST程序根據(jù)CMOS存儲(chǔ)芯片中的硬件配置數(shù)據(jù)逐一檢測(cè)CPU 內(nèi)存 顯示卡 鍵盤(pán) 軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和硬盤(pán)等 如果各個(gè)部分均正常 則引導(dǎo)程序就去引導(dǎo)磁盤(pán)操作系統(tǒng) DOS Windows等 在POST運(yùn)行中 如果檢測(cè)到某個(gè)硬件不正常 BIOS就會(huì)通過(guò)PC小喇叭發(fā)出故障提示音響代碼 或者通過(guò)屏幕顯示故障提示文字 在BIOS開(kāi)始運(yùn)行POST 屏幕顯示內(nèi)存信息時(shí) 屏幕下沿會(huì)提示按 Del 鍵去執(zhí)行系統(tǒng)硬件配置程序 CMOSSetup 進(jìn)行硬盤(pán)類(lèi)型 軟驅(qū)類(lèi)型 日期時(shí)間和系統(tǒng)工作參數(shù)的設(shè)置 如果你及時(shí)按 Del 鍵 便可執(zhí)行CMOSSetup程序 設(shè)置后的數(shù)據(jù)存入CMOSRAM芯片 在下次啟動(dòng)時(shí)BIOS會(huì)訪問(wèn)CMOSRAM 得到正確的硬件配置和優(yōu)化參數(shù)來(lái)啟動(dòng)系統(tǒng) 如果CMOS設(shè)置不當(dāng) 系統(tǒng)也會(huì)因此而無(wú)法正常工作 5 2 2ROM存儲(chǔ)芯片1 PROMPROM ProgrammableROM 即可編程ROM 它允許用戶根據(jù)自己的需要 利用專門(mén)的寫(xiě)ROM設(shè)備寫(xiě)入內(nèi)容 但只允許寫(xiě)一次 使用起來(lái)仍然不方便 2 EPROMEPROM ErasableProgrammableROM 即可擦除可編程ROM 它允許用戶根據(jù)自己的需要 利用專門(mén)的EPROM寫(xiě)入器改寫(xiě)其內(nèi)容 可以多次改寫(xiě) 更新程序比較方便 因此在早期的PC機(jī)中都使用EPROM作為BIOS程序的存儲(chǔ)器 EPROM的外形見(jiàn)圖5 1 它可以用紫外線照射擦除存儲(chǔ)數(shù)據(jù) 用EPROM編程器進(jìn)行程序編寫(xiě)和輸入 3 EEPROMEEPROM或E2PROM ElectricalEPROM 即電可擦除可編程ROM 外形見(jiàn)圖5 1 目前的主板都使用EEPROM保存BIOS EEPROM存儲(chǔ)器也叫做閃速存儲(chǔ)器 FlashROM 簡(jiǎn)稱為閃存BIOS 閃存的特點(diǎn)是程序改寫(xiě) 升級(jí)方便 只需在機(jī)器運(yùn)行的正常情況下使用專門(mén)的應(yīng)用程序 將來(lái)自廠家或網(wǎng)站上的最新版本的BIOS寫(xiě)入閃存即可 閃存ROM的擦除條件是加上12V電壓 這可以在主板上用跳線設(shè)置成高電壓的擦除寫(xiě)入狀態(tài) 因此目前主板的BIOS升級(jí)是容易而及時(shí)的 由此主板可以充分發(fā)揮最佳效能 顯然閃存BIOS也有致命弱點(diǎn) 它很容易被CIH類(lèi)的病毒改寫(xiě)破壞 致使主板癱瘓 為此 在主板上采取了硬件跳線禁止寫(xiě)閃存BIOS 軟件COMS設(shè)置禁止寫(xiě)閃存BIOS和雙BIOS閃存芯片等保護(hù)性措施 圖5 1EPROM和EEPROM 5 2 3ROMBIOS的新特點(diǎn)ROMBIOS芯片和它在主板上的位置如圖5 2所示 目前的ROMBIOS具有如下一些新的特點(diǎn) 1 目前BIOS程序存儲(chǔ)在閃速存儲(chǔ)器 FlashMemory 中 改寫(xiě)和升級(jí)比較容易 主板上還有專門(mén)的跳線來(lái)設(shè)置閃存BIOS的允許或不允許改寫(xiě)狀態(tài) 以便保護(hù)BIOS程序不被病毒破壞 2 不僅能自動(dòng)檢測(cè)硬盤(pán)的類(lèi)型參數(shù) 還能自動(dòng)檢測(cè)CPU類(lèi)型 主頻和工作電壓 也還能自動(dòng)檢測(cè)具有PnP功能的擴(kuò)展卡 并能為之合理分配系統(tǒng)資源 3 除了用軟盤(pán)A 硬盤(pán)C啟動(dòng)操作系統(tǒng)外 還可以用CD ROM光盤(pán)啟動(dòng)系統(tǒng) 4 支持SMM SourceManagementMode 即電源管理模式 滿足 綠色電腦 的基本要求 它能在主板暫停工作時(shí)進(jìn)入省電狀態(tài) 即低功耗運(yùn)行 5 具有DMI DesktopManagementInterface 即桌面管理接口 用戶可以利用各種支持DMI的工具軟件 如Norton等 查看和修改硬件數(shù)據(jù) 可以直接管理硬件配置 6 支持ESCD ExtendedSystemConfigurationData 即擴(kuò)展系統(tǒng)配置數(shù)據(jù) 它包括各擴(kuò)展卡和集成在主板上的設(shè)備的IRQ號(hào) I O口地址和DMA通道號(hào) 在開(kāi)機(jī)完成系統(tǒng)檢測(cè)后 屏幕顯示系統(tǒng)硬件配置表 在表中除了顯示上述DMI的數(shù)據(jù)外 還顯示ESCD的數(shù)據(jù) 圖5 2ROMBIOS 在選擇一個(gè)主板時(shí) 要特別注意它配備的BIOS程序的版本 功能和兼容性 ROM的讀取速度都比較慢 為了提高BIOS讀取速度 ROMBIOS本身提供了將自身程序代碼復(fù)制到RAM上執(zhí)行的功能 這叫做映象 即ShadowRAM 可在CMOSSetup中加以設(shè)置 5 3RAM存儲(chǔ)器 RAM RandomAccessMemory 即隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器IC 內(nèi)存主要由RAM存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成 按芯片類(lèi)型和在系統(tǒng)中作用的差別 RAM又可分為DRAM CMOSRAM SRAM和VRAM等多種 5 3 1DRAMDRAM DynamicRAM 即動(dòng)態(tài)RAM 因?yàn)樗募啥雀?單片容量可達(dá)64M位 價(jià)格便宜且可讀可寫(xiě) 因此系統(tǒng)內(nèi)存的主要容量空間是由DRAM構(gòu)成的 DRAM芯片的容量大存儲(chǔ)單元多 地址線的位數(shù)多 為了減少芯片的引腳 就把每個(gè)存儲(chǔ)單元的地址分為行地址和列地址兩部分表示 在對(duì)每個(gè)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí) 地址要分兩次輸入 首先是行地址 然后是列地址 這顯然降低了對(duì)存儲(chǔ)芯片的訪問(wèn)速度 另外DRAM芯片的存儲(chǔ)單元是一個(gè)電容性電路 系統(tǒng)要定時(shí)對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行額外的刷新 因此 DRAM芯片的存取速度低 一般為70nS 毫微秒 或60nS 比CPU低許多 DRAM芯片的訪問(wèn)方式?jīng)Q定著它的存取速度 按照訪問(wèn)方式DRAM可以分為如下幾種 1 FPMFPM FastPageMode DRAM即快速頁(yè)方式 FPM的芯片速度可達(dá)70ns 常用于486和586主板 2 EDOEDO ExtendedDataOutput DRAM即可擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出方式 EDO的芯片速度可達(dá)60ns 常用于586和早期Pentium 主板 3 SDRAMSDRAM SynchronousDRAM 即同步DRAM 所謂 同步 是指這種存儲(chǔ)器能與系統(tǒng)總線時(shí)鐘同步工作 SDRAM存儲(chǔ)器按系統(tǒng)總線 FSB 的時(shí)鐘分為66MHz 100MHz和133MHz等多種 后者分別標(biāo)記為PC100和PC133 SDRAM芯片的讀寫(xiě)速度可達(dá)10nS 甚至7nS 用于Pentium 以上的主板 4 RDRAMRDRAM RambusDRAM 是一種高性能的新型SDRAM存儲(chǔ)器 它通過(guò)一個(gè)新型的高速RamBus總線傳輸數(shù)據(jù) 可以支持300MHz總線時(shí)鐘 又由于是在時(shí)鐘信號(hào)的上升和下降沿均工作 實(shí)際上相當(dāng)于工作在600MHz上 最新的奔騰四主板以雙通道的4個(gè)RIMM插槽支持RDRAM內(nèi)存 5 DDRDDR DoubleDataRate 即雙數(shù)據(jù)率DRAM 它也是一種新型的高速SDRAM存儲(chǔ)器 它在時(shí)鐘脈沖的上升和下降沿都進(jìn)行操作 理論上也是目前SDRAM速度的兩倍 5 3 2CMOSRAMCMOSRAM ComplementaryMetalOxideSemiconductorRAM 即互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體RAM存儲(chǔ)器 由于該類(lèi)存儲(chǔ)器耗電極低 開(kāi)機(jī)時(shí)由PC電源給CMOS芯片供電 關(guān)機(jī)后即可切換到主板上的小電池供電 使之不丟失存儲(chǔ)信息 因此主板上的CMOSRAM芯片用于存儲(chǔ)不允許丟失但需要用戶改寫(xiě)的系統(tǒng)BIOS硬件配置信息 如軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器類(lèi)型 硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器類(lèi)型 顯示模式 內(nèi)存大小和系統(tǒng)工作狀態(tài)參數(shù)等 每當(dāng)硬件配置改變時(shí) 比如更換了硬盤(pán) 內(nèi)存條等 用戶必須在開(kāi)機(jī)時(shí)按 Del 鍵 首先運(yùn)行BIOSSetup程序 也叫CMOSSetup程序 對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行修改 每次開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí) BIOS程序都要訪問(wèn)CMOS存儲(chǔ)芯片 以便正確檢測(cè)和配置硬件 CMOS的電池有3 6V的可充電電池和3 3V的普通CR2032鈕扣電池等 CMOSRAM芯片和電池如圖5 3所示 有些主板的可充電CMOS電池做在了CMOS元件內(nèi)部 有些CMOS電路也集成到了南橋芯片組內(nèi) 圖5 3CMOSRAMM和電池 5 3 3SRAMSRAM StaticRAM 即靜態(tài)RAM SRAM是由靜態(tài)MOS管構(gòu)成 它的體積大 集成度比DRAM低 容量小 單片為512Kbits到512KB 和價(jià)格高 但是它的速度遠(yuǎn)高于DRAM 通常為15nS 毫微秒 到幾個(gè)nS 因此它被用來(lái)構(gòu)成主板的系統(tǒng)高速緩沖存儲(chǔ)器 Cache 以解決低速主存與高速CPU不匹配的瓶頸問(wèn)題 5 4內(nèi)存條和高速緩存 5 4 1內(nèi)存條早期IBM PC機(jī)的主存儲(chǔ)器都是固定安裝在主板上 由許多存儲(chǔ)芯片組成的 見(jiàn)前面圖4 1 容量為256KB 隨著系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存容量需求越來(lái)越大 已無(wú)法在主板有限的空間上排列更多的內(nèi)存芯片了 因此采用ISA總線擴(kuò)展卡來(lái)解決 這就是老式微機(jī)的ISA內(nèi)存擴(kuò)展卡 通常為384KB 將內(nèi)存擴(kuò)充到640KB ISA總線的數(shù)據(jù)線是16位 速度又相當(dāng)慢 從386微機(jī)開(kāi)始 改為在主板上另外專門(mén)為32位數(shù)據(jù)總線設(shè)計(jì)了高速的內(nèi)存總線和內(nèi)存擴(kuò)展插槽 內(nèi)存的DRAM芯片做在稱為內(nèi)存條的印刷電路板上 再把內(nèi)存條插入內(nèi)存插槽即可連入系統(tǒng) 內(nèi)存條是由印刷電路板和內(nèi)存芯片構(gòu)成 采用存儲(chǔ)器芯片的多少由內(nèi)存條的容量和芯片的數(shù)據(jù)位數(shù)決定 比如一個(gè)1MB的內(nèi)存條 可以由2個(gè)1M 4bit的存儲(chǔ)芯片組成 如圖5 4所示 圖5 430線SIMM內(nèi)存條電路圖 內(nèi)存條插槽的一種叫做SIMM SingleInlineMemoryModule 即單列直插存儲(chǔ)器模塊 分為30線 引腳 和72線兩種標(biāo)準(zhǔn) 另一種叫做DIMM DoubleInlineMemoryModule 即雙列直插存儲(chǔ)器模塊 為168線標(biāo)準(zhǔn) 30線的SIMM內(nèi)存擴(kuò)展插槽提供8位數(shù)據(jù) 必需四個(gè)一組 稱為Bank 使用才能提供32位數(shù)據(jù)寬度的主存 它常用于386或486主板 采用FP內(nèi)存芯片 存取速度為80或70nS 72線的SIMM內(nèi)存擴(kuò)展插槽可提供32位數(shù)據(jù) 常用于486或586主板 在486機(jī)上72線內(nèi)存條可以單條使用 存儲(chǔ)芯片通常為80nS的FPM內(nèi)存 而在586機(jī)上 則應(yīng)將完全一樣的兩個(gè)72線內(nèi)存條同時(shí)使用構(gòu)成一組 稱為Bank 才能與PentiumCPU的64位外部數(shù)據(jù)線相吻合 采用的內(nèi)存芯片通常為70nS的FPM或60nS的EDO內(nèi)存 168線的內(nèi)存擴(kuò)展可提供64位數(shù)據(jù)寬 因此168線內(nèi)存條單條安裝便可與64位的PentiumCPU外部數(shù)據(jù)總線相吻合 這類(lèi)內(nèi)存條的芯片分為單面安裝和兩面安裝兩種 16M和64M條常做成單面式 8M 32M和128M條常做成兩面式 采用的存儲(chǔ)芯片為10nS的SDRAM 最初也有EDO的 常用于PentiumMMX 多能奔騰 Pentium 和Pentium 主板 最初的DIMMSDRAM支持66MHz系統(tǒng)總線 目前還有支持100MHz和133MHz高速系統(tǒng)總線的標(biāo)有PC100和PC133標(biāo)記的SDRAM內(nèi)存條 各種內(nèi)存條的外形結(jié)構(gòu)如圖5 5所示 圖5 6是SIMM和DIMM內(nèi)存條的照片 圖5 5SIMM和DIMM內(nèi)存條的結(jié)構(gòu) 圖5 6SIMM和DIMM內(nèi)存條 內(nèi)存的速度要由內(nèi)存總線和內(nèi)存芯片的速度配合來(lái)實(shí)現(xiàn) 通常 總線速度用其工作時(shí)鐘的頻率來(lái)表示 比如33 66 100和133MHz總線等 而存儲(chǔ)器芯片的速度用其存取時(shí)間來(lái)表示 比如25 20 15 10和7nS等 以頻率和周期的倒數(shù)關(guān)系來(lái)比較 與66 100和133MHz內(nèi)存總線相配合的存儲(chǔ)器芯片的速度應(yīng)該分別為15 10和7 5nS 在比較系統(tǒng)中CPU 系統(tǒng)總線 內(nèi)存和其它元器件的速度配合時(shí)也可以用類(lèi)似的方法 5 4 2系統(tǒng)高速緩存主存儲(chǔ)器的高速緩充存儲(chǔ)器也稱為